Når det kommer til organtransplantationskirurgi, kæmper læger mod uret - og tiden er ikke på deres side.
Et team af klinikere skal først fjerne organet fra dets donor, sæt med handskede hænder, der koordinerer for at dybt spalte væv fra kroppen. Læger forbereder derefter det høstede organ til transport til dets modtager, som måske er timer væk med fly. Når organet når sin destination, kan transplantationsoperationen endelig begynde; igen skal kirurger arbejde hurtigt for at sikre både patientens sikkerhed og organets levedygtighed.
Denne beskrivelse kan få organtransplantationskirurgi til at lyde som et tv-drama, hvor medicinsk personale sprinter gennem hospitalskorridorer med kølere pakket med kropsdele. Men alt det travle rejser et spørgsmål, der er meget vigtigere end et tv-show: Hvor længe kan et organ vare uden for kroppen og forblive fit til transplantation?
Det afhænger af orgelet. For tiden kan tidsvinduet være mellem 4 og 36 timer. Men en dag håber læger at kunne opretholde organer i uger.
Organer på is
I 2018 fandt der mere end 36.500 organtransplantationer sted i USA alene ifølge United Network for Organ Sharing (UNOS). Langtfra var nyrer det mest hyppigt transplanterede organ, med mere end 21.000 transplantationer, der fandt sted sidste år. De næste mest transplanterede organer var lever, hjerte og lunge i den rækkefølge efterfulgt af bugspytkirtel, tarm og multiorgantransplantationer.
De fleste organer anbringes i "statisk kølerum", efter at de er høstet, hvilket betyder, at organet er deponeret i en køligere fuld af is, ifølge en rapport fra 2019 i Journal of International Medical Research.
"Den oprindelige idé til koldbeskyttelse er meget, når vi sætter vores mad i køleskabet," sagde Dr. Mingyao Liu, direktøren for Institute of Medical Science og en professor i kirurgi, medicin og fysiologi ved University of Toronto.
Før lægerne anbringes i kølerum, skyller lægerne først vævet med en "konserveringsopløsning" for at beskytte organet mod skader forårsaget af ekstrem kulde, fortalte Liu til Live Science.
Ved kropstemperatur pumper celler kemikalier ind og ud af deres membraner for at opretholde lave koncentrationer af natrium og høje koncentrationer af kalium i cellen. Men celler, der er kolde, kan ikke pumpe effektivt. Kemikalier lækker over deres membraner, og med tiden kvælder de utætte celler med overskydende væske og opretholder alvorlig skade. Konserveringsløsninger hjælper med at forsinke denne skade ved at holde natrium- og kaliumniveauer i skak. Disse opløsninger kan også indeholde næringsstoffer og antioxidanter til at opretholde cellerne og dæmpe betændelse, sagde Liu. I kombination med is og en køler kan konserveringsopløsninger holde organer levedygtige i timer efter høst.
Ved temperaturer mellem 32 og 39 grader Fahrenheit (0 og 4 grader Celsius) falder cellemetabolismen til ca. 5% af dens normale hastighed, så væv brænder gennem deres energilagre langt langsommere og kræver mindre ilt for at opretholde deres aktivitet. På grund af dette hjælper afkøling af et organ med at forsinke starten af iskæmi, en tilstand, hvor væv bliver beskadiget eller dysfunktionelt på grund af mangel på ilt.
At sætte et organ på is strækker også cellernes begrænsede energilagre og forhindrer skadelige metabolitter i at opbygge og nedbryde organets væv, ifølge en rapport fra 2018 i Yale Journal of Biology and Medicine.
Blandt ofte transplanterede organer mister hjerter levedygtigheden hurtigst, når de opbevares i en køligere, sagde Dr. Brian Lima, direktøren for hjertetransplantationskirurgi ved North Shore University Hospital i Manhasset, New York. Ideelt set bør et hjerte ikke placeres i statisk kølerum i mere end 4 til 6 timer, sagde han. Ved 4-timers mærket begynder hjertecellefunktion at mislykkes, og sandsynligheden for, at organet vil fungere i modtageren stiger dramatisk. Transplantationsorganssvigt, kendt som primær transplantatdysfunktion, er den "mest frygtede komplikation" forbundet med faste organtransplantationer, sagde Lima.
"Hjertet ... er mest følsomt over for manglende blodgennemstrømning," sagde Lima. "Nyrerne er på den anden side meget elastiske." Høstede nyrer kan forblive levedygtige i 24 til 36 timer i kølerum, længere end nogen af de andre top-fire transplantationsorganer. Lunger kan forblive levedygtige i 6 til 8 timer, sagde Lima, og leveren kan forblive i kold opbevaring i cirka 12 timer, ifølge Dr. James Markmann, leder af divisionen for transplantation ved Massachusetts General Hospital i Boston.
En alternativ metode
Skønt lavteknologisk tilbyder iskølemetoden "en enkel og effektiv måde at konservere og transportere organer" og er blevet brugt meget siden 1960'erne, ifølge Liu-rapporten fra 2018. Men teknikken er ikke uden dens ulemper. Ikke kun mister organer i kold opbevaring levedygtigheden inden for få timer, men også læger har ingen måde at vurdere kvaliteten af de afkølede organer, sagde Liu.
Grundlæggende kan ingen objektiv test fortælle klinikere, om et organ stadig er funktionelt, når det pågældende organ sidder i en frigid køler, hvor dets cellemetabolisme afvikles i langsom bevægelse. Et alternativ til køleopbevaring tillader dog læger at kontrollere organer, før de transplanteres, og denne mulighed kan snart blive mere almindelig, fortalte eksperter til Live Science.
Denne alternative konserveringsmetode, kendt som perfusion, involverer at tilslutte et høstet organ til en maskine, der pumper ilt- og næringsrig væske gennem organets væv, som hjertet ville gøre i kroppen, ifølge 2018-rapporten fra Yale-tidsskriftet . Mens organet metaboliserer energi og producerer affald, når det er tilsluttet maskinen, genopfyldes sukkerlagrene, og dets giftige metabolitter fjernes.
Før kirurger høster et organ, holder donorens hjerte med at pumpe iltet blod til vævet i en periode, hvilket forårsager skade. At placere et organ i en perfusionsmaskine kan give vævet en chance for at komme sig, sagde Markmann. Derudover kan klinikere tjekke ind på organet ved at overvåge niveauerne af metabolitlactatet, der cirkulerer i systemet, sagde han. Celler bruger laktat under normale metaboliske funktioner, så "hvis organet fungerer godt, bør laktatet ryddes" over tid, sagde Markmann.
"Laktat er i bedste fald et råt metabolisk mål for perfusion gennem kroppen," men det tjener stadig som en overordnet foranstaltning sammenlignet med at øje med et næsten frossent organ før transplantation, tilføjede Lima. Afhængigt af organet, kan læger også vurdere vævets sundhed ved andre målinger, såsom produktion af galden ved leveren.
Kunne perfusion holde organer sunde i længere tid?
Nogle perfusionssystemer kræver stadig, at organet afkøles som en del af konserveringsprocessen, men inden for de sidste 20 år har flere forskningsgrupper valgt at holde orgelet varmt og oversvømme vævene med varmt blod. Ved temperaturer mellem 68 og 92 F (20 og 33 C) fungerer isolerede organer meget, som de gør i den menneskelige krop. Både kolde og varme perfusionssystemer er nu meget udbredt i Australien og Storbritannien, men de fleste af disse enheder forbliver i kliniske forsøg i U.S.A.
Et perfusionssystem i USA kom dog overskrifter i december som en del af en første-i-sin-type hjerte transplantation. Læger ved Duke University Medical Center i Durham, North Carolina, fjernede en patients hjerte, efter at den var stoppet med at slå; de "genanimerede" derefter orgelet ved hjælp af et varmt perfusionssystem, rapporterede CNN. Typisk fjernes hjerter fra hjernedøde donorer, før organet holder op med at slå, for at undgå omfattende skader som følge af iskæmi. Læger har "genanimeret" pædiatriske hjerter tidligere i USA, men de havde aldrig brugt systemet på et voksent organ. I lande, der har brugt systemet i årevis, er donorpuljen af acceptable hjerter udvidet med ca. 30% til 40%, sagde Lima.
”Hvis det oversættes til USA, taler vi om store, store tal,” tilføjede han.
Dr. Jacob Schroder, en hertuguniversitetsassistentprofessor i kirurgi og en af kirurgerne, der hjalp med at udføre den milepæle hjertetransplantation, fortalte CNN, at brug af systemet landsdækkende kunne "øge donorpuljen og antallet af transplantationer med 30%."
Selvom donorpuljen måske udvides, ville organernes tilstand forbedres? Indtil videre har få studier direkte sammenlignet køligere opbevaring med perfusion, men anekdotisk ser det ud til, at perfuserede organer generelt klarer sig bedre.
I et forsøg, der sammenlignede et leverperfusionssystem med standard koldopbevaring, afviste læger for eksempel kun 16 perfuserede lever sammenlignet med 32, der kom fra kølere, og de perfunderede organer syntes mindre beskadigede, ifølge Stat News. Liu sagde, at han har observeret lignende tendenser i sit eget arbejde med lungetransplantationer. Liu og hans kolleger udviklede et "ex vivo perfusionssystem" til lungerne; inden introduktionen blev færre end 20% af donor lungerne med succes transplanteret på hans universitets hospital. Programmet har nu udvidet sin aktivitet med 70% "med fremragende resultater" ifølge en rapport fra 2018.
Typisk forbliver lungerne forbundet med perfusionssystemet i 4 til 6 timer, men eksperimentelt arbejde med dyreorganer antyder, at perfuserede lunger kunne forblive levedygtige i 12 til 18 og måske endda op til 36 timer, sagde Liu. Han tilføjede, at en dag en orgel kunne perfuseres i uger. Jo længere tid der er organer tilbage på systemet, jo mere tid vil klinikere skulle reparere beskadiget væv. Liu og hans kolleger undersøger nu, hvordan betændelse og celledød kan hæmmes i perfunderede lunger. Men i fremtiden kunne måske organer behandles med gen- eller stamcelleterapier, mens de er knyttet til en perfusionsmaskine, sagde han.
På nuværende tidspunkt rejser de fleste donerede organer stadig til deres modtagere, der ligger i køleskabe med smeltende is. Hvorfor?
"Helt ærligt er forhindringen med omkostningerne," sagde Lima. Et perfusionssystem til et enkelt orgel kan koste flere tusinde dollars, hvilket naturligvis overgår prisen på en standardkøler, sagde han. Da få undersøgelser har sammenlignet perfusion med standard koldopbevaring, eksisterer der ingen "jordskødende data", der kunne overbevise hospitaler til at skifte skift landsdækkende.
Men i betragtning af den nylige succes med hertughjertetransplantationen sagde Lima, at perfusion snart kan blive standarden for pleje.
